JPH08269586A - 銅転炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅転炉の操業において従来の操業に比して大
きな設備改造や動力費増加を招くことなく羽口の完全閉
塞を防止し、羽口近傍レンガの損傷を防止し炉寿命の延
長を図りかつ生産性を向上することのできる銅転炉の操
業方法を提供する。 【構成】 銅転炉内のマット溶体に先端が浸漬された複
数の羽口管から空気又は酸素富化空気を吹込むととも
に、閉塞した羽口管を開通しながら吹錬を行う銅転炉の
操業方法において、羽口先端の開口断面積が減少した羽
口管から、酸素濃度が３５％から９０％の酸素富化空気
を吹き込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銅転炉の操業方法に関
するものであり、より詳しく述べるならば、銅転炉内の
マット溶体に先端が浸漬された複数の羽口管から空気又
は酸素富化空気を吹込む銅転炉の操業方法において、銅
転炉羽口管先端の閉塞により円滑な操業が妨げられない
ようにする銅転炉の操業方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、銅転炉は円筒形の横型炉
で、銅精鉱を自溶炉や反射炉等の溶錬炉で精練して得た
マットを受け入れ、これに炉側面の長手方向に配置した
約５０本の羽口の先端を浸漬して羽口管から空気又は酸
素富化空気を吹き込み、マット中の硫黄と鉄分を酸化除
去して粗銅とする炉である。

【０００３】銅転炉操業は、マットに硅石を添加して鉄
分を酸化してスラグ化除去するとともに、鉄分と結合し
ていた硫黄分を酸化除去する造▲かん▼期、造▲かん▼
期で得られた白かわから残った硫黄分を酸化除去し粗銅
とする造銅期の２工程からなる。

【０００４】このような粗銅の製造において、羽口から
酸素富化空気を吹込むことは、送風時間の短縮による生
産性向上や、装入物の処理量の増加を図るためにも有効
な手段であるが、羽口先端部で発生する熱の増加により
羽口近傍煉瓦の溶損が大きくなるために、実用的には酸
素富化率は約３０％が上限とされていた。

【０００５】続いて、造▲かん▼期における送風量と羽
口近傍における送風圧の変化の例を示す図１を参照とし
て説明し、転炉操業の不安定化状況を考察する。図１に
示すように、送風圧は操業開始後３０分程度は比較的緩
やかに上昇するが、その後急激に増加しブロアの送風能
力に達すると、以降設定送風量の維持は困難となり、送
風量は低下して転炉操業が不安定になる。

【０００６】上記の送風圧の急上昇は、マット溶体中に
浸漬された羽口管の先端部に固相（以下「マッシュルー
ム」と言う）が析出し、これが羽口先端の開口部を閉塞
してくるためである。従って、転炉操業においてはこの
羽口管先端部の閉塞による送風量の低下を極力防止すべ
く、転炉操炉中に送風圧および／あるいは送風量を測定
して羽口の閉塞を判定し、閉塞が起こった時には、羽口
の炉外側に設けた開口部を通して鋼製ロッドを炉内に挿
入し、羽口管先端の閉塞物を一部もしくは完全に破壊
し、開口断面積を増大させるパンチングと称される開通
操作を行っている。

【０００７】このパンチングはパンチングマシーンと呼
ばれる自走式の機械により１回に１〜４本の羽口につい
て羽口管内先端に向かって鋼製ロッドを突出すことによ
り行い、パンチングマシーンは左右に移動して逐次全羽
口についてパンチングを行う所謂間欠操作であることか
ら、閉塞の速度に打開が追い付かず、送風量を設定値に
保つことができない。またこのほかパンチングの問題と
して、閉塞物打開の際に羽口近傍レンガを損傷し炉寿命
を短縮する、パンチングの際に主送風が漏れてロスする
とともに著しい騒音を発生すること等があり、このため
パンチングを必要としない転炉操業方法の確立が望まれ
ていた。

【０００８】このパンチングを廃止した銅転炉の操業方
法が特開昭６０−１１４５２８号や特開昭６１−４１７
２９号に提案されている。これら方法では、通常の転炉
送風圧０．６〜１．２kg／cm2 を２〜３．５kg／cm2 に
高め、炉内に吹込む送風の羽口管先端での流速を、標準
状態流速でマッハ１以上とすることにより、マッシュル
ームによる羽口管先端の完全閉塞の防止を図っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前掲特開昭公報に記載
された方法では羽口及びブロア設備の変更が必要な上、
音速以上の送風を行うことによる送風動力費増大が著し
いことが実用化への障害となることが予測される。

【００１０】したがって、本発明は、銅転炉の操業にお
いて従来の操業に比して設備改造や大きな動力費増加を
招くことなく羽口の完全閉塞を防止し、羽口近傍レンガ
の損傷を防止し炉寿命の延長を図りかつ生産性を向上す
ることのできる銅転炉の操業方法を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等はマッシュルームによる羽口の閉塞機構
を詳細に解析した結果、銅転炉内のマット溶体に先端が
浸漬された複数の羽口管から空気又は酸素富化空気を吹
込むとともに、閉塞した羽口管を開通しながら吹錬を行
う銅転炉の操業方法において、先端の開口断面積が減少
した羽口管から、酸素濃度が３５％から９０％の酸素富
化空気を吹込むことを特徴とする銅転炉の操業方法の発
明を完成した。

【００１２】また、本発明は、酸素濃度を増減すること
によりマッシュルームを羽口管近傍のレンガの保護に使
用する操業法をも提供し、この実施態様は、酸素濃度が
３５％から９０％の範囲の酸素富化空気の酸素濃度を第
１濃度とし、第１濃度とこれより低い第２濃度の間で切
り替える。この場合第２濃度は前記の範囲内でもよく、
又は３５％より低くともよい。第１濃度の酸素富化空気
は羽口管内の送風圧が所定圧力を超えた時に吹込み、ま
た第１濃度の酸素富化空気の吹き込みにより羽口管内の
送風圧が所定圧力より低下した時には第２濃度の酸素富
化空気を吹込む銅転炉の操業方法に関する。以下発明の
構成について詳細に説明する。

【００１３】本発明において，マッシュルームを消失さ
せるための酸素富化空気（以下「高濃度酸素富化空気」
と言う）中の酸素濃度の下限を３５％としたのは、これ
未満の酸素富化率ではマッシュルームを縮小させるため
の熱エネルギが不足し、一方該酸素濃度の上限を９０％
としたのは、これを超えるとマッシュルームの消失速度
が著しく速くなるため、送風圧の変化も速く、酸素濃度
を低下させる時期が遅れ、羽口近傍の煉瓦を溶損するお
それがあるためである。

【００１４】また、本発明においては高濃度酸素富化空
気の吹込みは、マッシュルームが羽口先端を塞いでその
開口断面積を減少させた時とする。もし高濃度酸素富化
空気を通常炉況の造▲かん▼期を通じて吹込むと羽口近
傍煉瓦の著しい溶損が起こるために、羽口先端部にマッ
シュルームが成長していない反応初期には高濃度酸素富
化空気の吹き込みは行わずに従来法のとおり空気又は酸
素富化空気を吹込む。

【００１５】本発明においては、従来法によればパンチ
ングが必要な閉塞時に、高濃度酸素富化空気を吹込むこ
とも可能であり、またマッシュルームの成長を感知して
閉塞開始時に吹込むことも可能である。即ち、羽口スコ
ープによる観察結果より、羽口閉塞が開始し、その先端
の開口部面積が減少すると送風圧の変化が起こることか
ら、これを検知することが可能であることが分かった。
したがって、羽口先端でのマッシュルームの消失速度は
小さくなり析出部が急成長し始めるとともに、送風圧が
急激に高くなるので、この時点を閉塞開始時点とするこ
とができる。

【００１６】図２は、通常の酸素富化空気を使用した１
８０トン−粗銅転炉の操業例３例について送風圧の変化
を転炉内のマットを経時的に採取し分析したＣｕ品位に
対してプロットしたものである。これらの操業例Ａ，
Ｂ，Ｃはすべてパンチングを必要とした従来例である。
この操業例では、羽口管がマッシュルームで閉塞すると
送風圧が１．０５〜１．１５ｋｇ／ｃｍ2 となる。それ
ぞれの製錬所の転炉についてこのようなデータを集積し
て、所定の圧力近傍に送風圧が上昇した時から高濃度酸
素富化空気を吹込むことができる。一方、この所定圧へ
の上昇に先立って送風圧の急上昇がマットＣｕ品位が約
６６％を超えた付近にて起こっているから、マットＣｕ
品位が約６６％を超えた時、特にマットＣｕ品位＝６６
〜６８％の期間内で送風圧の増加率を各製錬所の転炉に
つきデータを集積し、基準を設定することにより閉塞開
始を判定することができる。

【００１７】本発明において送風の酸素濃度を増加する
時期を把握する手段としては、送風主管で酸素を添加混
合する場合には羽口近傍（バッスル管あるいはユニバー
サルジョイント部等）の送風圧力を、個々の羽口管で酸
素を添加する場合には個々の羽口管の送風圧力を、また
羽口管をいくつかのブロックに分割して酸素を添加混合
する場合には各ブロック毎の送風圧力を測定してもよい
し、何れにせよ本発明によればパンチングは不要とな
る。パンチングのために羽口の炉外側に設けた開口部に
ガラスを取り付け、ここに羽口スコープを取り付け羽口
先端の状況をモニターで観察できるようにしてもよい。

【００１８】送風の酸素濃度を高める手段としては、送
風主管で酸素を添加混合してもよいし、個々の羽口管で
酸素を添加混合してもよいし、またはおよそ５０本の羽
口管をいくつかのブロックに分割して各ブロック毎に酸
素を添加混合してもよい。

【００１９】図３に示した操業例Ｄ，Ｅ，Ｆは、送風圧
が０．９５ｋｇ／ｃｍ2 まで上昇した時点で送風酸素濃
度も５０％程度まで高めることにより、マッシュルーム
先端部で発生する熱の増加により、マッシュルームの成
長を抑え、送風圧は０．９５〜１．０ｋｇ／ｃｍ2 の範
囲で変化しながら、マッシュルームが存在して羽口近傍
煉瓦を保護した状態で、パンチングなしに羽口先端の完
全閉塞を防止した請求項４の操業例である。この間の酸
素供給速度は従来より大きくなるために操業時間の短縮
が可能となり、生産性も向上する。

【００２０】送風圧が０．９５ｋｇ／ｃｍ2 まで上昇し
た時点で送風酸素濃度を５０％程度以上９０％の範囲で
さらに高めた場合には、マッシュルーム先端部での発生
熱量も更に増加するために、マッシュルームは消失始め
る。その後マッシュルームの消失による開口部面積の増
加につれて送風圧が０．９５ｋｇ／ｃｍ2 以下まで低下
した時点で送風酸素濃度を５０％以下まで低下させると
マッシュルームが再び成長を初め、２〜３分後に０．９
５ｋｇ／ｃｍ2 を超えるため、再度送風の酸素濃度を高
める。これを繰り返すことによっても、前記と同様に羽
口近傍の煉瓦の溶損を防止しつつパンチングなしに羽口
先端の完全閉塞を防止することができる。なお、送風圧
は転炉の容量、羽口本数、羽口径、羽口位置などの設備
仕様によりあるいは一定の転炉でも溶体の装入量や送風
量などの操業条件により基準値が設定されるが、何れの
操業でも上記のような送風圧とマッシュルームの成長／
消失の関係は成り立つので、操業実験を行うことによ
り、高濃度酸素富化空気吹込みを開始する送風圧の所定
値を定めることができる。

【００２１】以上説明したように、本発明の方法による
と、高濃度酸素富化空気の吹込みにより閉塞がほぼ完全
になくなることも、あるいは多少残ったまま次の吹錬に
入ることもある。いずれの場合も次の吹錬の初期では炉
内の酸素分圧（Ｐｏ2 ）が低いためにマッシュルームが
前回の吹錬よりもさらに急速に成長することはない。し
たがって、次の吹錬では通常の空気又は酸素富化空気の
吹き込みを行っても何ら差し支えない。

【００２２】

【作用】表１は、造▲かん▼期終了後、羽口先端部に残
ったマッシュルームを採取して分析した組成例である
が、マッシュルームは通常スラグよりＦｅ3 Ｏ4 含有率
が高くＳｉＯ2 が低いが、基本的にはスラグ組成である
ことが分る。この組成から考察すると、マッシュルーム
の生成機構は、羽口先端部で送風空気あるいは酸素富化
空気と接触してスラグ成分であるＳｉ，Ｆｅ成分が酸化
され、送風空気等により融点以下まで羽口先端部で局部
冷却され、羽口先端部に析出するところにあると考えら
れる。

【００２３】

【表１】 造▲かん▼期マッシュルーム組成分析例（％） ＳｉＯ2 Ｔ・Ｆｅ Ｆｅ2 Ｏ3 Ｃｕ 試料Ａ １５ ４９ ５７ ８ 試料Ｂ １７ ５０ ５３ ７

【００２４】このマッシュルームが一旦形成されると、
その内壁面は酸化ガス−液体接触領域から隔てられ送風
空気等により冷却が一層進むために、羽口先端部を閉塞
するように成長していくが、逆にこの閉塞を妨げようと
するエネルギーが同時に２種作用する。

【００２５】その１つが送風空気流体がもつモーメンタ
ムエナジーであり、先に示した特開昭６１−４１７２９
号による方法では、送風圧を高め、送風流速をマッハ１
以上と大きくして送風のモーメンタムエナジーを高める
ことにより、マッシュルームを羽口先端から吹飛ばし、
その完全閉塞を防止するものである。

【００２６】もう１つがマッシュルームを再溶融しよう
とする熱エネルギーであり、本発明はこれを利用する。
以下この熱エネルギーによるマッシュルームの溶融につ
いて説明する。

【００２７】本発明者等が羽口の炉外側開口部に羽口ス
コープを取りつけ、羽口管を通して先端部のマッシュル
ームによる閉塞状況を観察した結果、前述の図１で示し
た、送風開始後３０分程度の間に見られる送風圧の上昇
が比較的緩やかな期間では、羽口先端部でマッシュルー
ムが析出と消失を盛んに繰り返しており、開口部面積の
減少速度は小さいが、送風圧が急上昇開始するあたりか
らマッシュルームの消失速度が小さくなり析出物は急成
長して、羽口先端部を完全閉塞するに到る様子が観察さ
れた。

【００２８】即ち、上記の現象は、マットＣｕ品位の低
い反応初期には、析出したマッシュルームの再溶融速度
が比較的大きいためその成長速度は小さいが、マットＣ
ｕ品位が６６％程度を超えた辺りで、羽口先端近傍の酸
素ポンテンシャルが急上昇するため、析出するマッシュ
ルーム中のＦｅ3 Ｏ4 含有率が高くなることよりその再
溶融速度が小さくなり、急成長を開始するものである。

【００２９】以上の結果より、マッシュルームによる羽
口の完全閉塞を防止する方法として、羽口先端部での熱
供給速度を大きくすることを究明し、このために送風の
酸素富化率を高めることを考案した。一方、従来の転炉
操業で酸素富化率の上限を３０％にしていたが、本発明
では上記の目的のために酸素富化率の下限を３５％にで
きるのは、ある程度の大きさに形成されたマッシュルー
ムが羽口先端及びその近傍の煉瓦を保護するために、こ
れらが溶損しないからである。以下、実施例により本発
明をより詳しく説明する。

【００３０】

【実施例】銅転炉において、送風圧の変化に応じて送風
主管で酸素を添加混合して送風の酸素濃度を２６％から
７０％の範囲に変化させる本発明法の試験操業を行っ
た。また同一転炉で送風の酸素濃度を２６％で一定での
従来法の送風条件での操業を行い、前記本発明法と比較
した。結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】 実施例（本発明法） 比較例（従来法） 試験条件 酸素 酸素 富化前 富化後 送風空気量（Nm3 ／min ） ６３０ ３７５ ６３０ 酸素富化量（Nm3 ／min ） ４０ ２２５ ４０ 全送風 量（Nm3 ／min ） ６７０ ６００ ６７０ 酸素富化開始時送風圧（kg／cm2 ） − 0.95 − 送風酸素濃度（％） ２６ ５０ ２６ 試験結果 送風圧変化（kg／cm2 ） 0.85 〜0.95 0.95〜1.0 0.85 〜1.17 羽口パンチング − なし あり 羽口先端の完全閉塞 − なし あり 羽口煉瓦溶損量（mm／回） ０．８〜１．０ １．５〜１．８ 送風時間（ｍｉｎ） ４７ ６０

【００３２】本発明法によれば、羽口のパンチングを行
う必要がなくなり、パンチングによる羽口煉瓦の溶損は
従来よりも減少し、さらに酸素富化後の酸素供給速度の
増加により操業時間も短縮できることが判る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の銅転炉の
操業方法によれば、大きな設備の改造や動力費の増加を
伴うことなく羽口の完全閉塞を効果的に防止でき、パン
チングが不要となることにより羽口近傍の煉瓦溶損量を
従来よりも減少させ、かつ酸素供給速度の増加により生
産性が大きくなる等の大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法による造▲かん▼期における送風量と送
風圧の変化例を示すグラフである。

【図２】従来法による造▲かん▼期におけるマットＣｕ
品位と送風圧の関係を示すグラフである。

【図３】本発明法による造▲かん▼期におけるマットＣ
ｕ品位と送風圧の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 英治 大分県北海部郡佐賀関町大字関３の3382番 地日鉱金属株式会社佐賀関製錬所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅転炉内のマット溶体に先端が浸漬され
   た複数の羽口管から空気又は酸素富化空気を吹込むとと
   もに、閉塞した羽口管を開通しながら吹錬を行う銅転炉
   の操業方法において、 先端の開口断面積が減少した羽口管から、酸素濃度が３
   ５％から９０％範囲の酸素富化空気を吹き込むことを特
   徴とする銅転炉の操業方法。
2. 【請求項２】 羽口管の送風圧が所定値より上昇した時
   に、前記酸素濃度が３５％から９０％の範囲の酸素富化
   空気を吹込むことを特徴とする請求項１記載の銅転炉の
   操業方法。
3. 【請求項３】 羽口管内の送風圧が上昇する上昇割合が
   所定値を超えた時に、前記酸素濃度が３５％から９０％
   の範囲の酸素富化空気を吹込むことを特徴とする請求項
   １記載の銅転炉の操業方法。
4. 【請求項４】 前記３５％から９０％の範囲の酸素濃度
   を第１濃度とし、これより低い酸素濃度を第２濃度と
   し、第１濃度の酸素富化空気は送羽口管内の送風圧が所
   定圧力を超えた時に吹込み、また第１濃度の酸素富化空
   気の吹込みにより羽口管内の送風圧が所定圧力より低下
   した時には第２濃度の酸素富化空気を吹込むことを特徴
   とする請求項１記載の銅転炉の操業方法。
5. 【請求項５】 前記所定値が０．９５ｋｇ／ｃｍ2 であ
   ることを特徴とする請求項４記載の銅転炉の操業方法。